(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定した交流入力電圧で入力交流電圧を受け取って可変電圧および可変周波数で出力交流電力を供給するように構成された可変速駆動システムであって、
前記入力交流電圧を供給する交流電源に接続され、前記入力交流電圧を昇圧された直流電圧に変換するように構成されるコンバータ段と、
前記コンバータ段に接続され、前記コンバータ段からの前記昇圧された直流電圧をフィルタリングして保存するように構成される直流リンクと、
前記直流リンクに接続され、前記直流リンクからの前記昇圧された直流電圧を前記可変電圧および前記可変周波数とを有する前記出力交流電力へ変換するように構成されるインバータ段と、
スクエアリング増幅器、関連する第１の位相ロックループ回路および第２の位相ロックループ回路を備える位相角制御回路と、を含み、
前記スクエアリング増幅器は、前記交流電源を受けて、前記交流電源に基づく実質的に矩形の出力信号を出力するように構成され、
前記第１の位相ロックループ回路は、高いフィルタ遮断周波数および第１のコンデンサを有して前記コンバータ段に位相角パラメータを与えるように構成された第１の遅れ進みフィルタを含み、
前記第２の位相ロックループ回路は、低い遮断周波数および第２のコンデンサを有して前記遅れ進みフィルタに対して電源電圧遮断中に前記ＰＬＬのフィードバックループにおける電源電圧の角度を保存する能力をもたらすように構成された第２の遅れ進みフィルタを含む、
可変速駆動システム。
【請求項２】
前記第１の遅れ進みフィルタは第１の抵抗、第２の抵抗を含み、前記第１の抵抗は前記第２の抵抗より小さい抵抗を有し、前記第１のコンデンサは前記第２のコンデンサの値よりも小さな値の積分コンデンサである、請求項１に記載の可変速駆動装置。
【請求項３】
前記第１の抵抗の抵抗値は約４３ｋΩであり、前記第２の抵抗の抵抗値は約１２０ｋΩであり、また前記第１のコンデンサの静電容量は約０．４７μＦである、請求項２に記載の可変速駆動装置。
【請求項４】
前記第２の遅れ進みフィルタは第３の抵抗および第４の抵抗を含み、前記第３の抵抗は前記第４の抵抗より大きい抵抗を有し、前記第２のコンデンサは前記第１のコンデンサの値よりも大きな値の積分コンデンサである、請求項３に記載の可変速駆動装置。
【請求項５】
前記第３の抵抗の抵抗値は約５１０ｋΩであり、前記第４の抵抗の抵抗値は約６８ｋΩであり、また前記第２のコンデンサの静電容量値は約２．２μＦである、請求項４に記載の可変速駆動装置。
【請求項６】
前記第１の位相ロックループ回路および前記第２の位相ロックループ回路のそれぞれは、第１のサンプルホールド回路および前記サンプルホールド回路と連絡した第１のアナログスイッチを含み、前記アナログスイッチは、前記第１または第２の遅れ進みフィルタ内の前記関連する第１または第２のコンデンサ上に蓄積された電荷を保持し、かつ前記関連する第１または第２のコンデンサの放電を防ぐように構成される、請求項１に記載の可変速駆動装置。
【請求項７】
前記第２のアナログスイッチの状態が変化するとき、前記電圧制御発振器に供給される電圧の階段状変化を最小化する第３の抵抗と第４の抵抗との間の抵抗比を与えるような抵抗値に基づいて第３の抵抗および第４の抵抗は選択される、請求項４に記載の可変速駆動装置。
【請求項８】
前記第１の位相ロックループおよび前記第２の位相ロックループのそれぞれは、アナログスイッチおよび電源電圧検出回路をさらに備え、前記電源電圧検出回路は前記交流電源の入力交流電圧の損失を検出することにより制御される、請求項１に記載の可変速駆動装置。
【請求項９】
前記第１の位相ロックループおよび前記第２の位相ロックループのそれぞれは、位相検出回路、電圧制御発振器およびＮ分周回路をさらに備え、前記位相検出回路は、前記スクエアリング増幅器の矩形波出力と前記Ｎ分周カウンタが前記電圧制御発振器に応答して発生された比較フィードバック信号の間の位相差に応答するロック外れ検出器を有する、請求項８に記載の可変速駆動装置。
【請求項１０】
前記N分周カウンタの除数ｎは、所定の用途向けの前記位相角の所望の分解能に基づいて選択される、請求項９に記載の可変速駆動装置。
【請求項１１】
前記N分周カウンタは前記電圧制御発振器の出力を処理してフィードバック信号を発生し、前記フィードバック信号が各位相検出器の第２の入力端子に与えられて閉ループを形成する、請求項１０に記載の可変速駆動装置。
【請求項１２】
前記N分周カウンタは前記主位相角を表すデジタルワードを発生し、前記デジタルワードは、電源電圧遮断の間中、前記可変速駆動装置の前記出力のｄｑ角を制御するのに用いられる、請求項１１に記載の可変速駆動装置。
【請求項１３】
前記第１の位相ロックループ回路および前記第２の位相ロックループ回路は、前記交流電源の損失期間中、同期動作を維持するように構成されている、請求項１２に記載の可変速駆動装置。
【請求項１４】
前記交流電源の損失期間は１秒以内であり、一方で前記駆動装置が所定の角度限度内に位相誤差を維持する、請求項１３に記載の可変速駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本特許出願は、２００７年１月２２日出願の米国特許仮出願第６０／８８５，９３２号の利益を主張するものであり、この仮出願に関して優先権が主張される。
【０００２】
本出願は、一般に可変速駆動装置に関する。より具体的には、本出願は、アクティブコンバータを有する可変速駆動装置の同期動作のためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
暖房、換気、空調および冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）用途向けの可変速駆動装置（ＶＳＤ）は、一般に整流器またはコンバータ、直流リンク、およびインバータを含む。駆動技術における最近の進歩が、アクティブコンバータの概念を導入した。アクティブコンバータは、駆動装置に対して電力電源に正弦波の入力電流を供給する能力を与え、電源の配電電圧上に低次の高調波電圧歪みを形成する低次の高調波電流に伴う問題を緩和する。
【０００４】
アクティブコンバータ技術を取り入れて力率補正および入力電流の高調波の低減をもたらすＶＳＤは、従来のＶＳＤと比較して、モータ固定子巻線に対してかなり高いレベルの同相モード電圧のＲＭＳおよび波高値も発生する。この同相モード電圧は、装置の様々な漂遊容量を介してモータのロータに結合されてモータおよびコンプレッサのベアリングのフルーティングを引き起こすことがあり、また、装置のベアリングを通って流れる電流をもたらすこれらの同相モード電圧は、モータおよび／またはコンプレッサにおいてベアリングの早期故障を引き起こす恐れがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
同期ｄｑ基準フレームを用いるアクティブコンバータ制御手法の適切な動作には、入力線間電圧の瞬時の位相角の情報が必要である。基準フレームの角度が不正確かまたは不明であると、アクティブコンバータを有する可変速駆動装置（ＶＳＤ）への入力電流の入力力率および高調波歪みを適切に制御することができない。入力線間電圧の増加した損失をライドスルーし、かつ電力が回復したとき入力電源に再度同期するのにＶＳＤが必要とされる場合、電源の損失期間中、予期されるｄｑ基準フレーム角度を保持する手段が必要である。さらに、入力電源の線間電圧へのロックを迅速に回復し、かつ線間電圧の実際の位相角を発生するための手段が必要である。
【０００６】
これらの必要性の１つまたは複数を満たすか、あるいは他の有利な特徴をもたらすシステムおよび／または方法が必要である。他の特徴および利点は本明細書から明らかになる。開示される諸教示は、それらが前述の必要性の１つまたは複数を達成するか否かにかかわらず、特許請求の範囲内に入る実施形態に及ぶ。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施形態は、固定した交流入力電圧で入力交流電圧を受け取って、可変電圧および可変周波数で出力交流電力を供給するように構成された可変速駆動システムに関する。可変速駆動装置は、入力交流電圧を供給する交流電源に接続されたコンバータ段を含み、コンバータ段は、入力交流電圧を昇圧された直流電圧に変換するように構成され、コンバータ段には直流リンクが接続され、直流リンクは、コンバータ段からの昇圧された直流電圧をフィルタリングして保存するように構成され、また、直流リンクにはインバータ段が接続され、インバータ段は、直流リンクからの昇圧された直流電圧を可変電圧および可変周波数を有する出力交流電力へ変換するように構成される。可変速駆動装置は、同相モードおよび差動モードのフィルタリングによってベアリングの侵食を防ぐためのフィルタと、あらゆる条件下での入力交流電源の線間電圧位相角についての情報を保持するための位相角トラッキングシステムであって、アクティブコンバータの制御手法の中に２つの位相同期ループ（ＰＰＬ）を含み、２つのＰＬＬが、比較的高いフィルタ遮断周波数および小さな値の積分コンデンサを備える、進み遅れフィルタを含む位相角トラッキングシステムと、ＶＳＤに供給された電力線電源の周波数と等しい最高周波数および電圧で動作し、システムが最高周波数で動作する必要があるときにＶＳＤに関連した損失を解消するための接触器バイパスを有する、ＶＳＤで制御されたシステム向けの一体型バイパス・アクティブコンバータ構成と、液冷または冷媒冷却の誘導子と、（１）フィルムベースの直流リンクコンデンサ、（２）少なくとも１つのパワー電子モジュール上に装着された複数のプラスチック冷却器、（３）複数のアクティブコンバータのＩＧＢＴモジュール、（３）少なくとも１の積層された銅母線、（４）少なくとも１つのゲートドライバ制御ボード、（５）少なくとも１つのインバータ・ゲート抵抗制御ボードおよび（６）少なくとも１つのコンバータ・ゲート抵抗制御ボードを備える電力組立体と、摂氏約１００度の連続使用温度で動作することができるプラスチック材料から成る冷却モジュールとのうち少なくとも１つも含む。
【０００８】
別の実施形態は、完全な回線ドロップアウトの間中、アクティブコンバータの交流電源電圧への同期動作を拡張する方法に関する。
別の実施形態は、改善された最高速度効率を有するアクティブコンバータベースの可変速駆動システムに関する。
【０００９】
別の実施形態は、液冷または冷媒冷却の誘導子に関する。液冷または冷媒冷却の誘導子は、液体または冷媒の冷却が利用可能で、かつ磁性要素の寸法および重量の低減が望まれるあらゆる用途で使用されてよい。
【００１０】
本明細書に記述された実施形態の特定の利点は、一体型バイパス・アクティブコンバータ構成が、ＶＳＤに供給された電力線電源周波数と等しい最高周波数および電圧で動作する、ＶＳＤで制御されたシステム向けに利用され得ることである。接触器バイパスは、システムが最高周波数で動作する必要があるときに、ＶＳＤに関連した損失を解消する。
【００１１】
１つの利点に、ＲＭＳおよびピークの両項でモータ固定子に与えられた同相モード電圧のストレスを低減し、それによって、装置のベアリングの早期故障およびアースグランドに対する絶縁の早期故障に関連した問題を緩和することがある。別の利点に、ＲＭＳおよびピークの両項でモータ固定子に与えられた差動モード電圧のストレスを低減し、それによって、装置の固定子の各巻線間の早期故障に関連した問題を緩和することがある。最後に、本出願は、アクティブコンバータの動作に関連する伝導されたＥＭＩ／ＲＦＩ放射の問題に対処するものである。
【００１２】
本発明は、小型で、軽量で、使い易く、かつ低コストの電力組立体に、（１）フィルムベースの直流リンクコンデンサ、（２）パワー電子モジュール向けのプラスチック冷却器、（３）アクティブコンバータのＩＧＢＴモジュール、（３）積層された銅母線、（４）ゲートドライバ制御ボード、（５）インバータ・ゲート抵抗制御ボードおよび（６）コンバータ・ゲート抵抗制御ボードの要素を組み込む。
【００１３】
さらに、アクティブコンバータ技術を内蔵する可変速駆動装置は、従来のパッシブコンバータベースのＶＳＤ設計と比較して、物理的に大きく、損失が大きく、高くつく３相誘導子を使用する必要がある。開示された本発明の別の利点は、誘導鉄心の液冷または冷媒冷却を用いることによって、アクティブコンバータベースのＶＳＤに必要とされる誘導子のサイズ、重量およびコストが低減されることである。誘導子のコイルも、コアへの熱伝導によるコア冷却手段によって冷却される。
【００１４】
代替の例示的実施形態は、特許請求の範囲で全般的に列挙され得る他の特徴および特徴の組合せに関する。
本出願は、以下の詳細な説明から、添付の図面とともに解釈すると、より十分に理解されることになり、図では同じ参照数字は同じ要素を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】全体的システム構成の概略図である。
【図１Ｂ】全体的システム構成の概略図である。
【図２Ａ】可変速駆動装置の実施形態の概略図である。
【図２Ｂ】可変速駆動装置の実施形態の概略図である。
【図３】冷凍システムの概略図である。
【図４】アクティブコンバータ電源の角度保持制御手段のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
例示的実施形態を詳細に示す図に移る前に、本出願は、以下の記述で説明されるかまたは図に示された詳細または手法に限定されないことを理解されたい。本明細書に用いられる言葉遣いおよび用語は、単に説明のためであって、限定するものと考えるべきでないことも理解されたい。
【００１７】
図１Ａおよび図１Ｂは、システム構成を全体的に示す。交流電源１０２は可変速駆動装置（ＶＳＤ）１０４に電力を供給し、ＶＳＤ１０４は、１つのモータ１０６（図１Ａ参照）または複数モータ１０６（図１Ｂ参照）に電力を供給する。冷凍システムまたは冷却システムの対応するコンプレッサを駆動するのに、好ましくはモータ１０６が使用される（全体的に図３を参照されたい）。交流電源１０２は、交流電力の送電網または現地にある配電系統から、単相または多相（例えば３相）で固定電圧かつ固定周波数の交流電力をＶＳＤ１０４に供給する。交流電源１０２は、ＶＳＤ１０４に対して、好ましくは、対応する交流電力送電網次第で５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの回線周波数で、２００Ｖ、２３０Ｖ、３８０Ｖ、４６０Ｖまたは６００Ｖの交流電圧または線間電圧を供給することができる。
【００１８】
ＶＳＤ１０４は、交流電源１０２から、特定の固定線間電圧および固定回線周波数を有する交流電力を受け取って、所望の電圧および所望の周波数（どちらも特定の要件を満たすために変化され得る）で、モータ１０６に交流電力を供給する。好ましくは、ＶＳＤ１０４は、モータ１０６の定格の電圧および周波数より高い電圧および周波数ならびにより低い電圧および周波数を有する交流電力を、モータ１０６に供給することができる。別の実施形態では、ＶＳＤ１０４は、モータ１０６の定格周波数より高い周波数およびより低い周波数で、モータ１０６の定格電圧以下の電圧を供給してもよい。モータ１０６は、好ましくは誘導電動機であるが、可変速度で動作することができる任意のタイプのモータを含むことができる。誘導電動機は、２極、４極または６極を含む任意の適当な極配置を有することができる。
【００１９】
図２Ａおよび図２Ｂは、ＶＳＤ１０４の別の実施形態を示す。ＶＳＤ１０４は、コンバータ段２０２、直流リンク段２０４および１つのインバータ２０６（図２Ａ参照）または複数のインバータ２０６（図２Ｂ参照）を有する出力段の３つの段を有することができる。コンバータ２０２は、交流電源１０２からの一定の回線周波数で一定の線間電圧の交流電力を直流電力へ変換する。直流リンク２０４は、コンバータ２０２からの直流電力をフィルタリングし、エネルギー蓄積要素をもたらす。直流リンク２０４は、コンデンサおよびコイルから構成することができ、これらは高い信頼性および非常に低い故障率を示す受動素子である。最後に、図２Ａの実施形態では、インバータ２０６は、直流リンク２０４からの直流電力を、モータ１０６向けに可変周波数、可変電圧の交流電力に変換し、図２Ｂの実施形態では、直流リンク２０４上でインバータ２０６が並列接続され、各インバータ２０６は、直流リンク２０４からの直流電力を、対応するモータ１０６向けに可変周波数、可変電圧の交流電力に変換する。インバータ２０６は、パワートランジスタ、絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）電力スイッチ、およびワイヤボンディング技術で相互接続された逆向きダイオードを含むことができる電力モジュールであり得る。その上、ＶＳＤ１０４の直流リンク２０４およびインバータ２０６は、ＶＳＤ１０４の直流リンク２０４およびインバータ２０６がモータ１０６に対して適切な出力電圧および周波数を供給することができる限り、上記で論じられたものとは異なる要素を組み込むことができることを理解されたい。
【００２０】
図１Ｂおよび図２Ｂに関して、インバータ２０６は、各インバータ２０６が、それぞれに供給された共通の制御信号または制御命令に基づいて、対応するモータに対して同一の所望電圧および所望周波数で交流電力を供給するように、制御システムによって連帯的に制御される。別の実施形態では、インバータ２０６は、各インバータ２０６が、それぞれに供給された個別の制御信号または制御命令に基づいて、対応するモータ１０６に対して別々の所望電圧および所望周波数で交流電力を供給することが可能になるように、制御システムによって個々に制御される。この能力によって、ＶＳＤ１０４のインバータ２０６が、他のインバータ２０６に接続された他のモータ１０６およびシステムの要求と無関係に、モータ１０６およびシステムの要求および負荷をより効率よく満たすことが可能になる。例えば、１つのインバータ２０６は、別のインバータ２０６が別のモータ１０６に電力の半分を供給している間、モータ１０６に全出力を供給することができる。いずれの実施形態でも、インバータ２０６の制御は、制御パネルまたは他の適当な制御装置によるものであり得る。
【００２１】
ＶＳＤ１０４によって電力が供給されることになる各モータ１０６向けに、対応するインバータ２０６がＶＳＤ１０４の出力段にある。ＶＳＤ１０４によって電力を供給され得るモータ１０６の数は、ＶＳＤ１０４に組み込まれるインバータ２０６の数次第である。一実施形態では、直流リンク２０４と並列に接続され、かつ対応するモータ１０６に電力を供給するために使用されるＶＳＤ１０４に組み込まれた２つまたは３つのインバータ２０６があり得る。ＶＳＤ１０４は２つから３つのインバータ２０６を有することができるが、直流リンク２０４がインバータ２０６のそれぞれに適切な直流電圧を供給して維持することができる限り、３つより多くのインバータ２０６が使用され得ることを理解されたい。
【００２２】
図３は、図１Ａおよび図２Ａのシステム構成およびＶＳＤ１０４を用いる冷凍システムまたは冷却システムの一実施形態を全体的に示す。図３に示されるように、ＨＶＡＣ、冷凍システムまたは液体冷却システム３００は、コンプレッサ３０２、凝縮機構３０４、液体冷却または蒸発の機構３０６、および制御パネル３０８を含む。コンプレッサ３０２は、ＶＳＤ１０４によって電力を供給されるモータ１０６で駆動される。ＶＳＤ１０４は、交流電源１０２から一定の線間電圧および一定の回線周波数を有する交流電力を受け取って、所望の電圧および所望の周波数（どちらも特定の要件を満たすために変化され得る）で、モータ１０６に交流電力を供給する。制御パネル３０８は、冷凍システム３００の動作を制御するために、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ、マイクロプロセッサ、不揮発性メモリ、およびインターフェイスボードなどの様々な別々の要素を含むことができる。ＶＳＤ１０４およびモータ１０６の動作を制御するのに、制御パネル３０８も使用され得る。
【００２３】
コンプレッサ３０２は、冷媒蒸気を圧縮し、吐出管を通して凝縮器３０４に蒸気を配送する。コンプレッサ３０２は、例えばスクリューコンプレッサ、遠心コンプレッサ、レシプロコンプレッサ、スクロールコンプレッサなど、任意の適当なタイプのコンプレッサであり得る。コンプレッサ３０２によって凝縮器３０４に配送された冷媒蒸気は、流体（例えば空気または水）との熱交換関係に入り、流体との熱交換関係の結果として冷媒液へ相変化する。凝縮器３０４からの凝縮された液体冷媒は、膨張装置（図示せず）を通って蒸発器３０６へ流れる。
【００２４】
蒸発器３０６は、供給管路および冷房負荷の戻り管路向けの結合部を含むことができる。第２の液体（例えば水、エチレン、塩化カルシウムブライン、塩化ナトリウムブライン）は、戻り管路経由で蒸発器３０６へ進み、供給管路経由で蒸発器３０６を出る。蒸発器３０６内の液体冷媒は、第２の液体との熱交換関係に入って第２の液体の温度を低下させる。蒸発器３０６内の冷媒液は、第２の液体との熱交換関係の結果として冷媒蒸気へ相変化する。蒸発器３０６内の蒸気冷媒は、蒸発器３０６を出て、吸込管によってコンプレッサ３０２に戻り、サイクルが完成する。凝縮器３０４および蒸発器３０６内の冷媒の適切な相変化が得られるならば、システム３００では、凝縮器３０４および蒸発器３０６の任意の適当な構成が用いられ得ることを理解されたい。
【００２５】
冷凍システムまたは液体冷却システム３００であるＨＶＡＣは、図３に示されていない他の多くの機構を含むことができる。これらの機構は、図の容易さのために描画を簡単にするように、わざと省略されている。その上、図３は、ＨＶＡＣを、単一の冷媒回路で結合された１つのコンプレッサを有する冷凍システムまたは液体冷却システム３００として示しているが、システム３００は、図１Ｂおよび図２Ｂに示されるような単一のＶＳＤまたは複数のＶＳＤによって電力供給される複数のコンプレッサを有することができることを理解されたい（１つまたは複数の冷媒回路のそれぞれに結合されている図１Ａおよび図２Ａに示された実施形態を全体的に参照されたい）。
【００２６】
次に図４を参照すると、全体的に９００で表された電源位相角（ＭＰＡ）制御システムが示される。制御システム９００は、入力電圧ドロップアウトの間中、交流入力源または電源電圧１０２に関する位相角情報の保持をもたらす。スクエアリング増幅器９０１に電源電圧１０２が印加され、交流入力信号から実質的に矩形の出力信号を発生する。スクエアリング増幅器の出力は、１対の位相ロックループ（ＰＰＬ）９０２および９０４へ同時に入力される。第１のＰＬＬ９０２は、入力信号の位相が電圧制御発振器（ＶＣＯ）９２２とのロックが外れたことを検出するために、基準信号ＳＩＧを比較信号ＣＯＭＰと比較するための位相検出器９１８を有する。位相検出器９１８が２つの入力ＳＩＧとＣＯＭＰの位相ロックが外れたことを検出すると、位相検出器９１８の端子ＬＤからワンショット回路９２４へリセット信号が出力される。ワンショット回路９２４は、サンプルホールド（Ｓ＆Ｈ）回路９１０へ細いパルス入力を発生する。位相検出器９１８の出力誤差信号は、遅れ進みフィルタ回路９０６を通ってＶＣＯ９２２に渡される。次いで、ＶＣＯ９２２からの出力信号はＮ分周回路９２６へ入力される。Ｎ分周回路９２６は、位相検出器９１８のＣＯＭＰ端子に与えられる比較信号をもたらし、かつ電源電圧のｄｑ軸のデジタル角度出力高速応答９２８を示す第２の信号も出力する。
【００２７】
第２のＰＬＬ回路９０４は、前述のＰＬＬ９０２と同様に構成されており、位相検出器９２０が、入力基準信号ＳＩＧを比較信号ＣＯＭＰと比較して、遅れ進みフィルタ９０８へ誤差信号を出力する。遅れ進みフィルタ９０８は、ワンショット回路９３０およびアナログスイッチ９１６によって制御されたＳ＆Ｈ回路９１４を有する。以下でより十分に説明されるように、遅れ進みフィルタ９０８は低い遮断周波数を有する。Ｎ分周回路９３４にＶＣＯ  ９３２が入力され、Ｎ分周回路９３４は、位相検出器９２０のＣＯＭＰ端子に入力される比較信号を発生し、かつ電源電圧のｄｑ軸のデジタル角度出力低速応答９３６を示す第２の信号も出力する。
【００２８】
ＶＳＤ１０４の同期動作を保つために制御システム９００が用いられてよく、ＶＳＤ１０４に拡張されたライドスルー能力を与えるために、アクティブコンバータ２０２が、電流歪みを低減し、かつ交流入力電源電圧１０２の再印加に際してエネルギーの再生を解消する。２つのＰＬＬ９０２、９０４を用いると、制御システム９００が、すべての条件下で交流入力源１０２での線間電圧位相角の最善の利用可能な情報を保つアクティブコンバータ２０２の能力を最大化することが可能になる。第１のＰＬＬ９０２の遅れ進みフィルタ９０６は、比較的高いフィルタ遮断周波数および小さな値の積分コンデンサＣ１を有する。このフィルタ９０６は、アクティブコンバータ２０２に、通常のコンバータ運転条件下での高速で正確な位相角トラッキングのための能力を与える。フィルタ９０６の要素は、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２およびコンデンサＣ１を含む。一実施形態では、要素の値は、抵抗Ｒ１が４３ｋΩ、抵抗Ｒ２が１２０ｋΩ、コンデンサＣ１が０．４７μＦでよいが、遅れ進みフィルタ９０６の要素Ｒ１、Ｒ２およびＣ１は、フィルタ９０６の所望の遮断周波数を調整するように変化されてよい。第２のＰＬＬ９０４の遅れ進みフィルタ９０８は、低い遮断周波数、大きな値の積分コンデンサＣ２、ならびに抵抗Ｒ３およびＲ４を有する。遅れ進みフィルタ９０８は、遮断周波数が低いことによって、電源遮断中、ＰＬＬのフィードバックループに電源電圧の角度を保存するための能力を有する。一実施形態では、一般的な要素値は、Ｒ３が５１０ｋΩ、Ｒ４が６８ｋΩ、Ｃ２が２．２μＦでよい。電源遮断中に電源の位相角情報を保つ能力を向上するために、各ＰＬＬフィードバックループ９０６、９０８は、それぞれサンプルホールド（Ｓ＆Ｈ）回路９１０、９１４を含み、また、それぞれアナログスイッチＩＣ  ９１２、９１６を含む。アナログスイッチ９１２、９１６を有するＳ＆Ｈ回路９１０、９１４は、遅れ進みフィルタ９０６、９０８のそれぞれの内部の積分コンデンサＣ１、Ｃ２上に蓄積電荷を保持し、位相検出器の出力端への漏れによるコンデンサＣ１、Ｃ２の放電を防ぐ。比Ｒ３／Ｒ４の要素サイジングも、アナログスイッチ９１６が切り換わるときに電圧制御発振器９３２に供給される電圧の階段状変化を最小化するように選択される。
【００２９】
各アナログスイッチ９１２、９１６の切換えは、電源電圧検出（すなわち電源表示）回路を介して電源電圧１０２の全損失を検出することにより制御される。サンプルホールド回路９１０、９１４は、各位相検出器に組み込まれたロック外れ検出器によって制御される。ＶＣＯ出力は、ｎ分周ビットカウンタ９２６、９３４へ供給されるが、ｎは、特定の用途で必要とされる位相角の分解能の関数として選択される。次いで、これらのカウンタ出力は、各位相検出器９１８、９２０の第２の入力（ＣＯＭＰと示されている）へフィードバックされて閉ループを形成する。これらのカウンタ出力は、電源の位相角を表すデジタルワード９２８、９３６を与えるためにも用いられる。次いで、デジタルワード９２８、９３６は電源遮断中のｄｑ角出力を管理する。位相角情報を移行させるタイミングの選択は特定の用途の機能であるが、通常は電源電圧検出（電源表示）回路を使用ことになる。一実施形態では、ＰＬＬ９０２、９０４は、Ｐｈｉｌｌｉｐｓ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社によって製造された７４ＨＣ７０４６のＩＣを使用して実施されてよい。７４ＨＣ７０４６のＩＣは、ロック外れ検出器および電圧制御発振器を有するステートマシーンタイプの位相検出器を含む。この回路設計は、最悪条件下で所定角度以上の位相誤差を招くことなく、１秒間までの電源遮断を許容する。
【００３０】
図に示され、かつ本明細書で説明された例示的実施形態は、現在好ましいものであるが、これらの実施形態は単に例として提供されていることを理解されたい。したがって、本出願は、特定の実施形態に限定されず、やはり添付の特許請求の範囲の範囲内に入る様々な変更形態に広がるものである。任意の処理または方法のステップの順序またはシーケンスは、代替実施形態によって変化されるかまたは並べ換えられてよい。
【００３１】
本出願は、その動作を達成するために、あらゆる機械可読媒体上の方法、システムおよびプログラム製品を企図する。本出願の実施形態は、既存のコンピュータ・プロセッサを使用して、またはこの目的もしくは別の目的のために組み込まれた適切なシステム向けの専用コンピュータ・プロセッサにより、あるいはハードワイヤシステムによって、実施されてよい。
【００３２】
様々な例示的実施形態で示された電源位相角制御システムの構成および配置は、単なる例示であることに留意することが重要である。本開示で詳細に説明された実施形態はほんの少数であるが、本開示を再検討する当業者は、特許請求の範囲で列挙された内容の斬新な教示および利点から実質的に逸脱することなく、多くの変更形態（例えば、サイズ、寸法、構造、様々な要素の形状および大きさ、パラメータの値、装着機構、材料の用途、色、配向などにおける変化）が可能であることを容易に理解するであろう。例えば、一体化して形成されるように示された要素は複数の部品または要素から構成されてよく、諸要素の位置は逆にされるかそうでなければ変化されてよく、また個別要素の性質もしくは数または位置は変更されるかあるいは変化されてよい。したがって、そのような変更形態はすべて本出願の範囲内に含まれるように意図される。任意の処理または方法のステップの順序またはシーケンスは、代替実施形態によって変化されるかまたは並べ換えられてよい。特許請求の範囲では、任意の手段プラス機能の条項は、本明細書で列挙された機能を実行すると記述された構造物ならびに構造的等価物だけでなく等価構成も対象として含むように意図されている。他の置換、変更、変化および省略は、例示的実施形態の設計、運転条件および配置で、本出願の範囲から逸脱することなく製作され得る。
【００３３】
前述のように、本出願の範囲内の実施形態は、保存された機械実行可能命令またはデータ構造を携帯するかまたは保持するための機械可読媒体を備えるプログラム製品を含む。そのような機械可読媒体は、汎用コンピュータまたは専用コンピュータあるいはプロセッサを有する他の装置によるアクセスが可能なあらゆる利用可能な媒体であり得る。一例として、そのような機械可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭまたは他の光学ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置もしくは他の磁気記憶装置、あるいは所望のプログラムコードを装置の実行命令またはデータ構造の形で携帯するか保持するために使用することができ、かつ汎用コンピュータもしくは専用コンピュータまたはプロセッサを有する他の装置によるアクセスが可能な任意の他の媒体を備えることができる。ネットワークまたは別の通信接続（ハードワイヤ、無線、またはハードワイヤと無線の組合せ）によって装置に情報が伝達されるかもたらされるとき、装置は、機械可読媒体として適切に接続を検分する。したがって、あらゆるそのような接続が、適切に機械可読媒体と称される。上記のものの組合せも機械可読媒体の範囲内に含まれる。機械実行可能命令は、例えば、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または専用処理機に、特定の関数または関数の組を実行させる命令およびデータを含む。
【００３４】
本明細書の図は、方法のステップの特定の順序を示すことがあるが、これらのステップの順序は図示されたものと異なってよいと理解されることに留意されたい。また、２つ以上のステップが、同時に、または部分的に同時に実行されてよい。そのような変形形態は、選択されたソフトウェアおよびハードウェアのシステムならびに設計者の選択次第である。そのような変形形態は、すべて本出願の範囲内にあることが理解される。同様に、様々な接続ステップ、処理ステップ、比較ステップおよび判定ステップを達成するために、ルールベースの論理および他の論理を有する標準的プログラミング技法でソフトウェア実装形態が達成され得る。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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